定制光：生产用高功率激光器

自1960年第1台红宝石激光器问世以来，激光的发展经历了整整60个年头。今天，在回顾这段流光溢彩的科学史之际，该用一个什么样的词来概括激光的特征？对此，本书有一个新奇的答案——Tailored Light。

作为本书的译者，我们学习、研究和应用激光长达30年，确信能够在很大程度上理解这个词的科学涵义。但是依照“信、达、雅”的翻译准则，要按中文习惯表述它的时候，我们被难住了。我们实在找不到一个理想的中文词。好在本书姊妹篇的中译本已经出版，我们干脆直接沿用之——定制光。

书名翻译的困难性反映了用简单语言描述激光特征的困难性。而激光的特征在本书的论述中被抽丝剥茧，让我们一步步感受到作者对激光和激光器的全面而深刻的理解。

本书始于对激光历史的介绍，即第1章。接下来是对激光精炼的概述，即第2章。如果读者没有阅读全书的计划，只要认真读完第2章，相信也会对激光的产生机制、整体结构、运转过程和应用领域有一个基本的认识。

在随后的第3章和第4章中，作者利用麦克斯韦方程讨论电磁辐射，并遵循这一理论体系对相关问题逐渐扩展、引申、演绎……。第5章和第6章讲述了激光光束和光学谐振腔。第7章则利用偶极子模型，将激活介质的行为归结为一个阻尼振子的运动，进而讨论复折射率、能级寿命、谱线宽度等。从整体上看，本书的理论结构有一种“自成系统”的特点。

本书的另一个特点是“重点突出”。激光辐射的重点无疑是粒子数反转(不考虑LWI情况)。爱因斯坦在1917年预言了受激发射的存在，但在热平衡状态下受激发射速率是自发发射速率的1/1012（典型光学情况）。正是粒子数反转这样一种非平衡态确保了光放大。本书在第2章就将粒子数反转的物理缘起、图像诠释、放大机制等阐述得清清楚楚。之后，在几乎所有相关的场合都反复强调这一点，这给读者留下一遍又一遍的深刻记忆。事实上，这一点对于考虑任何激光理论和实验问题都是一个基本点。

第8章讨论激光辐射的产生。其亮点是，每一个重要的理论计算之后，都附加一个简明、清晰的讨论过程。比如，利用速率方程理论的结果，讨论激光的稳态运转和瞬态过程；利用谐振腔中的驻波条件，形象地解释烧孔效应(光放大的空间非均匀性)；利用锁模问题的计算结果，论证峰值强度对模数平方的依赖性。这样一种“理论 讨论”的处理模式被连续使用，使读者对激光产生的整个过程形成一种深刻而直观的印象。

翻译工作结束了，但我们对本书的阅读不会停止。译者愿意与广大读者分享彼此的学习体会和感受。特别是，如果读者对本书的翻译有任何质疑和意见，请不吝指出。

这套书包括两册，主要阐述了激光的基本特性及其应用，《定制光1：生产用高功率激光器》是姊妹篇中的第1册。《定制光2：激光制造技术》主要聚焦于激光的应用，而本书则致力于阐述常用的激光光源及其在大功率应用中的潜力。

国际激光加工学术界著名专家，德国弗劳恩霍夫激光研究所（ILT）所长，原亚琛工业大学副校长，2012年美国激光协会(LIA)主席。30多年来，他始终致力于推动激光制造技术的发展，开发能在生产环境中节约能源和资源的工艺，推动了激光加工技术在不同材料和不同应用中的使用，为激光加工技术在整个工业领域的大规模使用铺平了道路。他及其领导的团队在选择性激光熔覆（SLM）技术研究领域一直处于世界*先水平。

第1章激光器的发展史/1
第2章激光技术简介/8
2.1激光/8
2.2激光介质/12
2.3反馈和自激/15
2.4激光谐振腔/18
2.5激光辐射/20
2.6激光技术的应用领域/23
第3章电磁辐射/25
3.1电磁辐射谱/25
3.2波动方程/27
3.3波动方程的基本解/32
3.4波的叠加/45
第4章电磁波的传播/52
4.1传播状态和菲涅耳数/52
4.2几何光学/54
4.3反射和折射/56
4.4透射和反射系数/59
4.5基本光学元件/64
4.6几何光学的矩阵形式/71
4.7像差/74
4.8衍射/82
4.9非线性光学/87
定制光：生产用高功率激光器
目录第5章激光光束/94
5.1SVE近似/95
5.2高斯光束/96
5.3高阶模式/100
5.4真实激光光束及光束质量/106
5.5高斯光束的变换/108
第6章光学谐振腔/118
6.1电磁场的本征模式/119
6.2模式选择及谐振腔质量/122
6.3带有球面反射镜的谐振腔/127
6.4镜面边界的影响/134
6.5非稳定谐振腔/138
6.6谐振腔的损耗/142
第7章光与物质相互作用/150
7.1光的吸收和发射——谱线/152
7.2偶极子模型/154
7.3量子物理学：光子和速率方程/159
第8章激光辐射的产生/172
8.1激光原理/172
8.2产生粒子数反转/173
8.3激光速率方程/177
8.4激光输出功率和效率/187
8.5烧孔效应和多模振荡/193
8.6非稳态特性和脉冲产生/197
8.7静态脉冲产生：锁模/210

这套书包括两册，主要阐述了激光的基本特性及其应用，《定制光1：生产用高功率激光器》是姊妹篇中的第1册。《定制光2：激光制造技术》主要聚焦于激光的应用，而本书则致力于阐述常用的激光光源及其在大功率应用中的潜力。

国际激光加工学术界著名专家，德国弗劳恩霍夫激光研究所（ILT）所长，原亚琛工业大学副校长，2012年美国激光协会(LIA)主席。30多年来，他始终致力于推动激光制造技术的发展，开发能在生产环境中节约能源和资源的工艺，推动了激光加工技术在不同材料和不同应用中的使用，为激光加工技术在整个工业领域的大规模使用铺平了道路。他及其领导的团队在选择性激光熔覆（SLM）技术研究领域一直处于世界*先水平。